DE3810674A1 - Hochfrequenzleistungsverteiler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzleistungsvertei­ ler und insbesondere einen Hochfrequenzleistungsverteiler, der an seiner Ausgangsseite einen Isolationswiderstand auf­ weist.

Im allgemeinen wird ein Leistungsverteiler mit Zweifach­ verteilung, der von einer flachen Mikrowellenschaltung dar­ gestellt wird, als Leistungsverteiler für die Verteilung oder Zusammensetzung hochfrequenter Leistung verwendet. Die Fig. 5-(1) und 5-(2) zeigen ein Ausführungsbeispiel für eine solche Schaltung.

In der Fig. 5-(2) ist ein gewünschtes Muster für eine Leistungsverteilerschaltung dargestellt, die auf einer der beiden Oberflächen einer dielektrischen Grundplatte 50 auf­ gebracht sind. Eine Erdungsplatte 52 ist an die andere Ober­ fläche der dielektrischen Grundplatte 50 angefügt, so daß diese Oberfläche gleichförmig bedeckt ist.

Das Schaltungsmuster wird gebildet von einer einzelnen Ein­ gangs-Ausgangsleitung 60, welche eine Eingangsstufe dar­ stellt. Ferner besitzt das Muster ein Eingangs-Ausgangs­ leitungspaar 70 und 71, welches eine Ausgangsstufe darstellt. Außerdem sind zwei Übertragungsleitungen 62 und 63 mit hoher Impedanz vorgesehen, welche sich, ausgehend von der Eingangs- Ausgangsleitung 60 der Eingangsstufe, an einem Verzweigungs­ punkt 61 verzweigen und sich bis zu den Eingangs-Ausgangs­ leitungen 70 und 71 der Ausgangsstufe erstrecken. Ein Iso­ lationswiderstand R ist zwischen ausgangsseitige Teile der Übertragungsleitungen 62 und 63 mit hoher Impedanz geschal­ tet und verbindet diese beiden ausgangsseitigen Teile.

Die Impedanz der Eingangs-Ausgangsleitung 60 der Eingangs­ stufe und die Impedanz einer jeden der Eingangs-Ausgangslei­ tungen 70 und 71 der Ausgangsstufe ist auf Z [Ω] festgesetzt, und die Impedanz einer jeden der Übertragungsleitungen 62 und 63 mit hoher Impedanz ist auf √ · Z festgesetzt. Die Länge einer jeden der beiden Übertragungsleitungen 62 und 63 mit hoher Impedanz ist durch die Gleichung

l = (2n + 1) · λ g/₄

festgelegt, wobei n = 0, 1, 2, . . ., und λ g die Wellenlänge bei Betriebsfrequenzen bedeuten.

Mit der Bezugsziffer 80 ist eine Eingangs-Ausgangsklemme eines Eingangs an der Eingangsseite bezeichnet, und mit Be­ zugsziffern 81 und 82 sind Eingangs-Ausgangsklemmen an der Ausgangsseite bezeichnet.

Das Ausführungsbeispiel einer herkömmlichen Ausführungsform, welche in Fig. 5-(2) dargestellt ist, läßt sich im Ideal­ zustand durch ein in Fig. 5-(1) gezeigtes Ersatzschaltbild wiedergeben. In diesem Fall wird die an der Eingangs-Aus­ gangsklemme 80 vorhandene elektrische Leistung gleicher­ maßen auf die Eingangs-Ausgangsklemmen 81 und 82 verteilt. Die Phasendifferenz zwischen den verteilten elektrischen Leistungen an den Eingangs-Ausgangsklemmen 81 und 82 beträgt 0°. Wenn umgekehrt elektrische Leistungen mit gleicher Höhe in Phase an den Eingangs-Ausgangsklemmen 81 und 82 einge­ geben werden, ergibt sich eine elektrische Leistung, die zu­ sammengesetzt ist aus den eingegebenen elektrischen Leistun­ gen und welche an der Eingangs-Ausgangsklemme 80 erhalten wird. Da in diesem Fall die Phasen der beiden elektrischen Leitungen zueinander gleich sind, erscheint am Isolations­ widerstand R keine Potentialdifferenz, und es fließt daher kein Strom durch den Widerstand. Aus diesem Grund kann der elektrische Leistungsverteiler auch als elektrischer Leistungssynthesizer verwendet werden.

Bei der in der Fig. 5-(1) gezeigten Schaltung steht ein Teil des Eingangssignals, welches über eine der Eingangs-Aus­ gangsklemmen 81 und 82 geliefert wurde, an der Eingangs-Aus­ gangsklemme 80, während der restliche Teil vollständig durch den Widerstand R absorbiert wurde, so daß an der anderen der Eingangs-Ausgangsklemmen 81 und 82 keine elektrische Leistung erscheint.

Da jedoch bei der beschriebenen herkömmlichen Einrichtung die gesamte Schaltung in Form einer planaren Mikrowellen­ schaltung auf einer dielektrischen Grundplatte 50 vorliegt, wie es in der Fig. 5-(2) gezeigt ist, besitzt jede Leitung, welche zur Übertragung elektrischer Energie dient, eine ka­ pazitive Komponente, die gleichförmig verteilt ist und ins­ besondere eine vorbestimmte kapazitive Komponente C, welche zwischen dem Isolationswiderstand R gegenüber der Erdungs­ platte 52, welche an der Rückfläche der Grundplatte befe­ stigt ist, vorhanden ist, wie es die Fig. 5-(3) darstellt. Hieraus ergibt sich eine Impedanzfehlanpassung an jeder der Eingangs-Ausgangsklemmen 80, 81 und 82, so daß die Ein­ gangswelligkeitsfaktoreigenschaften gestört und Reflexions­ wellen erhöht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Hochfrequenz­ leistungsverteiler zu schaffen, der frei ist von dem be­ schriebenen Problem bei der herkömmlichen Einrichtung, und Schaltungscharakteristiken aufweist, die im wesentlichen gleich denen im idealen Zustand sind, und welche durch eine kapazitive, vom Isolationswiderstand R geformte Komponenten unbeeinflußt sind, ungeachtet dessen Kapazitätswertes.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merk­ male gelöst.

Hierzu wird durch die Erfindung ein Hochfrequenzleistungs­ verstärker geschaffen mit einer dielektrischen Basis in Form einer Platte, an deren Rückseite eine Erdungsoberfläche gebildet ist, einer ersten Eingangs-Ausgangsleitung, die eine einzelne Eingangsklemme darstellt, ein Paar zweiter Eingangs-Ausgangsleitungen mit gleicher Impedanz, die sich von der ersten Eingangs-Ausgangsleitung verzweigen und zwei Ausgangsklemmen darstellen, einem Paar Übertragungsleitun­ gen mit hoher Impedanz, die sich von der ersten Eingangs- Ausgangsleitung verzweigen und zu den zweiten Eingangs-Aus­ gangsleitungen erstrecken, einem Isolationswiderstand, der eine vorbestimmte erste kapazitive Komponente aufweist und zwischen einem Leitungsteilepaar der Übertragungsleitungen mit der hohen Impedanz angeordnet und mit diesen an der Seite der zweiten Eingangs-Ausgangsleitungen verbunden ist, wobei dieser Hochfrequenzleistungsverteiler dadurch gekenn­ zeichnet ist, daß er eine zweite kapazitive Komponente auf­ weist zur Unterdrückung einer Reflexion, welche durch die erste kapazitive Komponente bewirkt wird.

Die Figuren dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild für die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 4 in schematischer Darstellung die Konstruktion eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfin­ dung, und

Fig. 5-(1), 5-(2) und 5-(3) Darstellungen herkömmlicher Vorrichtungen.

In den Fig. 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Komponenten, welche denen entsprechen, die im Zusammenhang mit der Fig. 5 beschrieben wurden, sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

Wie die Fig. 1 zeigt, ist ein gewünschtes Muster einer Leistungsverteilerschaltung auf einer von zwei Oberflächen einer dielektrischen Grundplatte 1 gebildet. Eine Erdungs­ platte 52 ist an der anderen Oberfläche der dielektrischen Grundplatte 1 befestigt, so daß sie diese Oberfläche gleich­ förmig bedeckt.

Das Schaltungsmuster ist ähnlich dem Schaltungsmuster, wie es bei der beschriebenen herkömmlichen Anordnung zur Anwen­ dung kommt. Es enthält eine Eingangs-Ausgangsleitung 60, welche eine Eingangsstufe darstellt, ein Paar zweiter Ein­ gangs-Ausgangsleitungen 70, 71, welche eine Ausgangsstufe darstellen, ein Paar Übertragungsleitungen 62, 63 mit hoher Impedanz, welche von der Eingangs-Ausgangsleitung 60 der Eingangsstufe an einem Verzweigungspunkt 61 sich verzweigen und zu den Eingangs-Ausgangsleitungen 70 und 71 der Ausgangs­ stufe sich erstrecken. Ein Isolationswiderstand R ist an der Ausgangsseite zwischen einem Paar Leitungsstücken der Übertragungsleitungen 62 und 63 mit hoher Impedanz angeord­ net und mit diesen verbunden.

Eine Durchgangsöffnung 1 A ist in einen Teil der dielektri­ schen Grundplatte 1 in der Nähe des Verzweigungspunktes 61 eingeformt. Ein Kompensationskondensator 3 ist als kapazitive Komponente, die einen gewünschten Kapazitätswert aufweist, vorgesehen und zwischen dem Verzweigungspunkt 61 und der Erdungsplatte 52 der dielektrischen Grundplatte 1 angeord­ net und verbindet diese beiden Komponenten. Mit Ausnahme dieses Merkmals ist der Aufbau dieses Ausführungsbeispiels der gleiche wie der Aufbau der beschriebenen herkömmlichen Einrichtung.

Wenn während des Betriebs eine Kapazität C durch den Einfluß des Isolationswiderstands R auftritt, wie es in Fig. 2 dar­ gestellt ist, wirkt der Kompensationskondensator 3, welcher am Verzweigungspunkt 61 vorgesehen ist, in der Weise, daß eine Reflexion, welche durch die Kapazität C bewirkt wird, gelöscht wird. Auf diese Weise wird der Welligkeitsfaktor an jeder der Klemmen, nämlich der Eingangs-Ausgangsklemme 80 und der beiden Eingangs-Ausgangsklemmen 81 und 82 verbes­ sert.

Das bedeutet, daß die Anordnung des Kompensationskondensa­ tors 3 am Verzweigungspunkt 61 sicherstellt, daß die Phase der Reflexion, welche durch die Kapazität C verursacht ist, und die Phase der Reflexion, welche durch den Kompen­ sationskondensator 3 verursacht wird, im wesentlichen gleich zueinander sind aufgrund ihrer Eigenschaften. Die Phase einer der beiden Reflexionen unterscheidet sich nach dem Gehen und Zurückkehren von der der anderen Reflexion durch einen Win­ kel, welcher der halben Wellenlänge entspricht (da die Länge jeder der Übertragungsleitungen 62 und 63 mit der hohen Im­ pedanz einer Viertel Wellenlänge entspricht), so daß diese Reflexionen sich gegenseitig löschen beim Zueinanderaddieren mit einer Phasendifferenz von 180° in Vektoraddition an den Eingangs-Ausgangsklemmen 80, 81 und 82.

Aus obiger Beschreibung ergibt sich, daß bei der Erfindung selbst dann, wenn die kapazitive Komponente, welche am Iso­ lationswiderstand R gebildet wird, einen relativ hohen Wert aufweist, Reflexionen, welche durch diese kapazitive Kompo­ nente hervorgerufen werden, wirkungsvoll unterdrückt werden. Auf diese Weise werden die Eingangswelligkeitsfaktoreigen­ schaften verbessert. Bei der Erfindung ist es daher möglich, für den Isolationswiderstand R einen Widerstand zu verwen­ den, welcher verbesserte Eigenschaften im Hinblick auf das Aushalten elektrischer Leistungen hat und einen vergleichs­ weise hohen Widerstand aufweist. Damit lassen sich die Eigenschaften des Hochfrequenzleistungsverteilers verbes­ sern.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt das Schaltungsmuster auf der dielektrischen Grundplatte 1 einen Elektrodenteil, der am Verzweigungspunkt 61 in der Weise gebildet ist, daß dieser Elektrodenteil der Erdungsplatte 52 an der Rückseite der Grundplatte gegenüberliegt und damit einen Kondensator mit Parallelbelegung bildet, wodurch eine kapazitive Kompen­ sationskomponente geschaffen wird. Beim zweiten Ausführungs­ beispiel ist daher die Bildung einer Durchgangsöffnung, wie sie beim ersten Ausführungsbeispiel in Form der Durchgangs­ öffnung 1 A vorgesehen ist, nicht erforderlich. Mit Ausnahme dieses Merkmals ist der Aufbau der gleiche wie beim ersten Ausführungsbeispiel.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel werden die gleichen Funkti­ onen und Wirkungen erreicht, wie sie beim ersten Ausfüh­ rungsbeispiel realisiert sind. Von Vorteil ist außerdem, daß das zweite Ausführungsbeispiel mit herkömmlichen Her­ stellungsverfahren gebildet werden kann. Der Elektrodenteil 4 des Schaltungsmusters kann nämlich gleichzeitig mit der Bildung des Hauptschaltungsmusters, bei welchem die minia­ turisierten Streifenleitungen hergestellt werden, ebenfalls gebildet werden. Damit gewinnt man eine Vorrichtung, welche zur Kompensation ebenfalls eine kapazitive Komponente auf­ weist, wie dies beim ersten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Die Herstellungskosten bleiben dabei jedoch die glei­ chen wie bei der herkömmlichen Ausführungsform.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 wird ein drittes Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Bei diesem Aus­ führungsbeispiel wird ein Leistungverteiler auf der Basis des Schaltbildes der Fig. 2 unter Verwendung von Koaxial­ kabeln gebildet.

Die Eingangs-Ausgangsleitung 60 der Eingangsstufe, die Ein­ gangs-Ausgangsleitungen 70 und 71 der Ausgangsstufe und die dazwischen vorgesehenen Übertragungsleitungen 62 und 63 mit hoher Impedanz werden von Koaxialkabeln gebildet, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Der Impedanzwert einer jeden dieser Komponenten ist der gleiche wie der Impedanzwert der entsprechenden Komponenten der jeweiligen oben beschriebenen Ausführungsformen.

Bei dieser Anordnung werden die gleichen Funktionen und Wir­ kungen erreicht, wie sie beim ersten Ausführungsbeispiel erreicht werden. Wie dort ist ein Kompensationskondensator 6 am Verzweigungspunkt 61 der Eingangs-Ausgangsleitung 60 vorgesehen.

Bei dem Leistungsverteiler mit dem beschriebenen Aufbau und den beschriebenen Wirkungen, wie sie aufgrund der Erfindung erreicht werden, wird eine Reflexion, die durch den Iso­ lationswiderstand hervorgerufen wird, wirkungsvoll unter­ drückt. Auf diese Weise wird die Welligkeitsfaktor-Charak­ teristik verbessert, und man kann für die Isolation auch Widerstände mit großen Abmessungen verwenden. Durch vor­ liegende Erfindung wird mithin ein Hochfrequenzleistungs­ verteiler geschaffen mit großer Kapazität und verbesserten Eigenschaften.

Claims (7)

1. Hochfrequenzleistungsverteiler mit einer dielektrischen Grundplatte, an deren Rückseite eine Erdungsfläche vorge­ sehen ist, einer ersten Eingangs-Ausgangsleitung, die eine einzelne Eingangsklemme bildet, einem Paar zweiter Eingangs- Ausgangsleitungen gleicher Impedanz, welche sich von der ersten Eingangs-Ausgangsleitung verzweigen und zwei Aus­ gangsklemmen bilden, einem Paar Übertragungsleitungen mit hoher Impedanz, welche von der ersten Eingangs-Ausgangs­ leitung sich verzweigen und zu den zweiten Eingangs-Aus­ gangsleitungen sich erstrecken, einem Isolationswiderstand R, der eine bestimmte erste kapazitive Komponente besitzt und zwischen einem Leitungsstückpaar der Übertragungsleitun­ gen angeordnet ist und diese an der Seite der zweiten Ein­ gangs-Ausgangsleitungen miteinander verbindet, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine zweite kapazitive Komponente (3; 4; 6) vorgesehen ist zur Unterdrückung einer Reflexion, die durch die erste kapazitive Komponente hervorgerufen ist.

2. Hochfrequenzleistungsverteiler nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die zweite kapazitive Komponente (3; 4; 6) an einem Verzweigungspunkt (61) angeordnet ist, an welchem die Übertragungsleitungen (62, 63) mit hoher Impedanz von der ersten Eingangs-Ausgangsleitung (60) sich verzweigen.

3. Hochfrequenzlistungsverteiler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite kapazitive Komponen­ te durch einen Kondensator (3) gebildet ist.

4. Hochfrequenzleistungsverteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (3) in einer Öffnung (1 A), die in die dielektrische Grundplatte (1) eingeformt ist, angeordnet ist.

5. Hochfrequenzleistungsverteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite kapazitive Komponente durch einen Elektrodenmusterteil (4) gebildet ist, der mit entsprechender Abmessung der Erdungsfläche (52) gegenüberliegt.

6. Hochfrequenzleistungsverteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Eingangs- Ausgangsleitung (60) und die zweiten Eingangs-Ausgangslei­ tungen (70, 71) sowie die Übertragungsleitungen (62, 63) mit hoher Impedanz aus Koaxialkabeln gebildet sind.

7. Hochfrequenzleistungsverteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Eingangs- und Ausgangsleitungen (60, 70, 71) und die Über­ tragungsleitungen (62, 63) von Koaxialkabeln gebildet sind.